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摘要:介紹了一種地鐵車輛接近傳感器安裝座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),并利用有限元分析軟件對(duì)安裝座進(jìn)行了靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度分析,為后續(xù)同類型的安裝座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒。
關(guān)鍵詞:地鐵車輛;接近傳感器安裝座;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);強(qiáng)度計(jì)算
1概況
目前,城市軌道車輛的接近傳感器大部分安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上,因此轉(zhuǎn)向架需要設(shè)置一個(gè)接近傳感器安裝座與構(gòu)架連接。接近傳感器安裝座的強(qiáng)度對(duì)保證車輛運(yùn)營(yíng)安全極為重要。本文分析了地鐵車輛接近傳感器安裝座的強(qiáng)度,根據(jù)有限元結(jié)果分析對(duì)接近傳感器安裝座進(jìn)行了優(yōu)化,并給出了最終方案的計(jì)算結(jié)果。
2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
接近傳感器安裝座安裝在非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架第1根軸與構(gòu)架橫梁之間,傳感器底部距軌面高度為105.3±2mm。接近傳感器安裝座通過2個(gè)M20的螺栓安裝在構(gòu)架齒輪箱吊掛座上,接近位移傳感器通過4個(gè)M10螺栓安裝在接近傳感器安裝座上,如圖1(a)所示。接近傳感器和調(diào)整墊總重約3kg,傳感器安裝座重量20kg,如圖1(b)所示。接近傳感器安裝座采用G26CrMo4材料,材料特性如表1所示。
3強(qiáng)度分析
3.1計(jì)算模型
為分析接近傳感器安裝座的強(qiáng)度,選取了構(gòu)架安裝座的一部分及接近傳感器安裝座作為仿真對(duì)象。結(jié)構(gòu)幾何模型的建立用UG軟件實(shí)現(xiàn),有限元模型前處理在HyperMesh軟件中實(shí)現(xiàn),計(jì)算及結(jié)果后處理在ANSYS軟件中實(shí)現(xiàn)。在HyperMesh中建立有限元模型并劃分solid92實(shí)體單元,接近傳感器利用MASS21單元來模擬。為增大安裝余量,傳感器及墊片的計(jì)算重量取5kg(實(shí)際重量約3kg),最終方案的有限元模型如圖2所示。
3.2計(jì)算工況
接近傳感器安裝座所受載荷主要有垂向載荷、橫向載荷和縱向載荷,根據(jù)EN13749標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)算工況進(jìn)行組合,EN13749表D.1章節(jié)規(guī)定的附屬設(shè)備的載荷如表2所示。接近傳感器安裝位置距轉(zhuǎn)向架中心的縱向距離為650mm,轉(zhuǎn)向架軸距為2300m,通過插值得出接近傳感器安裝處的振動(dòng)加速度,靜強(qiáng)度載荷工況組合如表3所示,疲勞強(qiáng)度載荷工況組合如表4所示。
3.3評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
靜強(qiáng)度評(píng)定:對(duì)于表3的8種工況各點(diǎn)應(yīng)力均不得大于材料的屈服強(qiáng)度極限。疲勞強(qiáng)度評(píng)定:對(duì)于表4的8種工況,最大應(yīng)力小于根據(jù)FKM指南計(jì)算的G26CrMo4材料的疲勞需用應(yīng)力174MPa。
3.3.1靜強(qiáng)度評(píng)定根據(jù)表3規(guī)定的靜強(qiáng)度工況,計(jì)算結(jié)果如表5所示,其中靜強(qiáng)度工況1的應(yīng)力云圖如圖3所示,各工況下的最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度,因此,安裝座的靜強(qiáng)度滿足要求。
3.3.2疲勞強(qiáng)度評(píng)定對(duì)于表4的8種工況,最大應(yīng)力小于根據(jù)FKM指南計(jì)算的G26CrMo4材料的疲勞需用應(yīng)力174MPa。計(jì)算結(jié)果如表6所示,計(jì)算結(jié)果表明疲勞強(qiáng)度滿足要求。
4模態(tài)分析
接近傳感器安裝座模態(tài)分析利用安裝座靜強(qiáng)度分析模型,采用BlockLanczos計(jì)算方法,計(jì)算安裝座頻率較低的前5階模態(tài),模態(tài)計(jì)算結(jié)果如表7所示,一二振型如圖4~圖5所示。
5結(jié)語
接近傳感器等信號(hào)設(shè)備安裝座的強(qiáng)度對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)極為重要,不同的連接方式和結(jié)構(gòu)形式對(duì)設(shè)備安裝座的強(qiáng)度、頻率影響懸殊,通過對(duì)安裝支架的強(qiáng)度分析及模態(tài)計(jì)算表明本安裝方案強(qiáng)度可靠,方案合理。
參考文獻(xiàn):
[1]EN13749鐵路應(yīng)用-輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架-轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)要求的規(guī)定方法[S].
作者:羅漢 陳建 單位:中車株洲電力機(jī)車有限公司